KR20010038096A

KR20010038096A - 초기 강도가 향상된 고로슬래그 시멘트 조성물

Info

Publication number: KR20010038096A
Application number: KR1019990045932A
Authority: KR
Inventors: 소양섭; 소승영
Original assignee: 김태식; 대한시멘트공업 주식회사; 소양섭; 소승영
Priority date: 1999-10-22
Filing date: 1999-10-22
Publication date: 2001-05-15

Abstract

본 발명은 초기 강도가 향상된 고로슬래그 시멘트 조성물에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 종래의 고로슬래그를 재료로 한 시멘트 조성물에 소석회와 석회석을 첨가하여, 종래 고로슬래그 시멘트의 가장 큰 단점인 초기강도를 월등하게 향상시키면서 제조단가를 크게 줄일 수 있는 고로슬래그 시멘트 조성물에 관한 것이다.

본 발명에 따른 고로슬래그 시멘트는 포트랜드 클링커 45∼55중량%와 고로슬래그 40∼55중량%, 무수석고와 이수석고 각각 중량2∼3%, 소석회 0.3∼1중량%, 석회석 1∼5중량%, 플라이애쉬 2∼5중량%를 포함한 것을 특징으로 한다.

Description

초기 강도가 향상된 고로슬래그 시멘트 조성물{COMPOSITE OF HIGH-STRENGTH BLAST FURNACE SLAG CEMENT AT EARLY AGE}

본 발명은 초기 강도가 향상된 고로슬래그 시멘트 조성물에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 종래의 고로슬래그를 재료로 한 시멘트 조성물에 소석회와 석회석을 첨가하여, 종래 고로슬래그 시멘트의 가장 큰 단점인 초기강도를 월등하게 향상시키면서 제조단가를 크게 줄인 고로슬래그 시멘트 조성물에 관한 것이다.

고로슬래그 시멘트는 제철과정에서 발생되는 부산물인 슬래그를 시멘트 제조에 이용한 것으로, 국내에서도 광양제철소의 완공에 따른 제강능력 향상으로 1998년도 현재 전체 슬래그 발생량 14,190,000톤 중 고로슬래그는 약 8,150,000톤에 달했으며, 이중에 약 94% 정도가 재활용된 것으로 보고되고 있다. 고로슬래그 시멘트는 장기강도가 일반 포틀랜드 시멘트와 동등하거나 그 이상 발현되며, 상대적으로 시멘트량이 적기 때문에 수화열이 낮고 내화학성이 뛰어난 장점이 있다. 또한, 산업폐기물인 고로슬래그를 자원화하여 재활용할 수 있기 때문에, 고로슬래그의 혼입량이 많을수록 에너지 고소비 소재인 포틀랜드 클링커를 줄일 수 있어, 에너지를 절약할 수 있을 뿐만 아니라 동시에 이산화탄소(CO₂) 발생을 현저히 저하시킬 수 있다. 또한, 내화학성 등의 내구성이 우수하여 항만이나 부두 등과 같은 연안 또는 해양구조물 등 장기간 성능유지가 필요한 콘크리트 구조물에 적합한 재료이다. 그러나, 국내 콘크리트 구조물은 대부분 포틀랜드 시멘트로 제조되고 있으며, 고로슬래그 시멘트는 레미콘 공장이나 건설현장에서 광범위하게 사용되지 못하고 일부 특정분야에서 제한적으로 사용되고 있다. 이는 고로슬래그가 수화초기에 자체 수경성을 갖지 못하고 시멘트 수화과정에서 생성되는 수산화칼슘에 의한 자극으로 수화되는 잠재수경성 재료로, 초기강도 발현이 일반 포틀랜드 시멘트에 비해 상대적으로 낮기 때문에, 거푸집 존치기간의 증대로 인한 후속공정의 지연으로 총공사비 상승에 대한 우려와 고로슬래그 시멘트에 대한 기술정보가 일반화되지 못한데서 기인한 것으로 볼 수 있다.

따라서, 고로슬래그 시멘트에 대한 인식의 전환과 포틀랜드 시멘트에 비해 상대적으로 낮은 초기강도를 개선할 경우 고로슬래그 시멘트의 사용량이 증대하게 되어, 국가기간 시설물의 장기적인 내구성 확보 및 폐기물의 효율적인 재활용과 CO₂배출량 감소에 기여할 것으로 예상된다.

따라서, 본 발명은 일반적인 고로슬래그 시멘트의 조성물에 쉽게 얻을 수 있는 소석회와 석회석을 첨가함으로써, 고로슬래그 시멘트의 초기강도를 월등히 향상시키면서 제조단가를 낮출 수 있는 고로슬래그 시멘트 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.

도1은 본 발명과 일반 포틀랜드 시멘트, 그리고 타사 고로슬래그 시멘트와의 초기 압축강도를 비교한 그래프.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 고로슬래그를 재료로 한 시멘트 조성물에 있어서, 포트랜드 클링커 45∼55중량%와 고로슬래그 40∼55중량%, 무수석고와 이수석고 각각 중량2∼3%, 소석회 0.3∼1중량%, 석회석 1∼5중량%, 플라이애쉬 2∼5중량%를 포함한 것을 특징으로 한다.

종래 대부분의 고로슬래그 시멘트는 포틀랜드 클링커와 고로슬래그, 석고를 일정비율 섞어 분쇄하여 제조된다. 본 발명에서는 이러한 종래의 고로슬래그 시멘트에서 포틀랜드 클링커 양을 약간 줄이고, 소석회(수산화칼슘)를 0.3∼1중량%, 석회석 미분말 1∼5중량%를 첨가하여 고로슬래그 시멘트를 제조하였다. 따라서, 본 발명에 따른 고로슬래그 시멘트는 제조단가를 낮출 수 있으면서, 종래 고로슬래그 시멘트의 가장 큰 단점인 초기강도가 낮은 문제를 해결하였다. 즉, 본 발명에 따른 고로슬래그 시멘트는 포트랜드 클링커 45∼55중량%와 고로슬래그 40∼55중량%, 무수석고와 이수석고 각각 중량2∼3%, 소석회 0.3∼1중량%, 석회석 1∼5중량%, 플라이애쉬 2∼5중량%를 함유한다.

본 발명에 따른 고로슬래그 시멘트의 조성물에서 가장 중요한 것은 소석회와 석회석 미분말의 첨가이며, 이로 인해 고로슬래그 시멘트의 초기강도가 월등히 향상되었다. 이는 소석회(수산화칼슘)를 적당량 인위적으로 혼입할 경우, 시멘트의 수화초기에 지속적이고도 높은 PH수치(12이상)를 유지함으로써, 빠른 속도로 고로슬래그의 산성피막을 파괴하면서 그 내부에 포위되어 있던 SiO₄ ^2-혹은 Al₂O₃을 용출시켜 소석회와의 반응을 촉진시키기 때문이다. 또한, 적당량의 석회석 분말을 혼입하면 경화 초기인 3일, 7일에 압축강도가 약 15% 정도 증진되는데, 이는 분말도 8700 이상의 석회석 미분말이 고로슬래그 시멘트의 수화반응에서 생성되는 공극을 충전시켜 밀실도를 증가시켜 줄 뿐만 아니라 그 일부가 에트링가이트 중의 황산염을 치환하여 결정체를 형성하는 동시에 치환된 황산염이 고로슬래그의 반응을 촉진시키기 때문이다.

한편 적당량의 플라이 애쉬의 혼입은 생산원가를 낮추고 고로슬래그 시멘트의 색깔을 포틀랜트 시멘트와 흡사하게 하는 동시에 초기강도를 약간 증진시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 고로슬래그 시멘트는 종래의 고로슬래그 시멘트에 비해 생산원가의 큰 비중을 차지하는 포틀랜드 클링커 양을 다소 줄였음에도 불구하고, 경화 초기에 고강도를 발현할 수 있다. 이는 포틀랜드 클링커 양의 감소로 인해 예상되어지는 강도감소를 소석회의 인위적 첨가에 의한 고로슬래그의 수화촉진과 석회석 미분말의 충진으로 보상할 수 있었기 때문이다.

(실시예1)

본 발명에 따른 고로슬래그 시멘트는 표1과 같이 포트랜드 클링커 47중량%, 고로슬래그 43중량%, 무수석고와 이수석고 각각 2.5중량%, 소석회 0.5중량%, 석회석 2.5중량%, 플라이애쉬 2.0중량%를 함유하고 있다.

성분	클링커	고로슬래그	석고	소석회	석회석	플라이애쉬
			무수석고				이수석고
비율(%)	47	43	2.5	2.5	0.5	2.5	2.0

표2는 고로슬래그 시멘트의 화학 조성비를 나타낸 것으로, 클링커, 고로슬래그, 소석회, 석회석, 플라이애쉬의 각각의 양을 변화시켜, 종래 고로슬래그 시멘트의 장점을 유지하면서 조강성능이 향상된 화학 조성비를 나타낸다. 표2에서 OPC는 일반적인 포틀랜드 시멘트를 나타내고, BSC는 시판 중인 타사 고로슬래그 시멘트를 나타낸다.

	화 학 성 분(%)
	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaO	MgO	SO₃	Ig.loss
KS규정(고로슬래그)	-	-	-	-	-	3 이하	3 이하
D사 OPC	19.90	5.81	3.00	61.59	3.85	2.41	2.69
D사 BSC	26.76	10.68	1.67	52.47	4.41	2.47	0.63
본 발명	25.93	10.05	1.84	52.57	3.12	2.78	1.96

(실시예2)

다른 실시예로서, 본 발명에 따른 고로슬래그 시멘트는 포트랜드 클링커 47중량%, 고로슬래그 41.5중량%, 무수석고와 이수석고 각각 2.5중량%, 소석회 0.5중량%, 석회석 3중량%. 플라이애쉬 3중랑%을 포함한다.

상기와 같은 조성비를 갖는 본 발명에 따른 고로슬래그 시멘트의 성능을 검증하기 위해, 본 발명에 따른 고로슬래그 시멘트와 보통 포틀랜드 시멘트, 그리고 현재 시판중인 타사 고로슬래그 시멘트의 경화 및 압축강도 특성을 실험하였으며, 그 결과를 표3과 도1에 나타내었다.

	W/C(%)	주도	응결	분말도(㎠/g)	안정도(%)	압축강도(kg/㎠)	수화열(㎈/g)
	W/C(%)	주도	초결(분)	분말도(㎠/g)	종결(시)	수축	팽창	3일	7일	28일	7일	28일
KS규정고로슬래그	-	-	60이상	10이하	2800이상	0.2이하	0.2이하	130이상	200이상	250이상	70이하	80이하
D사 OPC	48.5	24.3	235	6:55	3330	-	0.1	234	279	375	79	86
D사 BSC	48.5	25.8	295	9:05	4250	-	0.03	161	275	422	63	72
본 발명	48.5	25.8	245	7:10	4190	-	0.006	204	297	410	66	75

표3에서 W/C는 시멘트(C)에 대한 혼합수(W)의 중량비를 나타내고, 주도는 혼련물의 유동(질김)정도를 나타낸다. 표3 및 도1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 고로슬래그 시멘트는 응결, 경화 특성이 종래의 고로슬래그 시멘트와 크게 다르지 않으면서 초기에 고강도를 발현하며, 좀더 생산원가를 절감할 수 있다. 본 발명에 따른 고로슬래그 시멘트는 3일 및 7일의 압축강도가 각각 보통 포틀랜드 시멘트의 87%, 106%에 달해 3일 압축강도가 보통 포틀랜드 시멘트에 비해 69%에 그치는 종래의 고로슬래그 시멘트에 비해 월등한 초기강도 증진효과가 있었으며, 수화열도 보통 포틀랜드 시멘트에 비해 약 85% 감소한 우수한 특성을 지닌 것으로 확인되었다.

Claims

고로슬래그를 재료로 한 고로슬래그 시멘트 조성물에 있어서,

포트랜드 클링커 45∼55중량%와 고로슬래그 40∼55중량%, 무수석고와 이수석고 각각 중량2∼3%, 소석회 0.3∼1중량%, 석회석 1∼5중량%, 플라이애쉬 2∼5중량%를 포함한 것을 특징으로 하는 고로슬래그 시멘트 조성물.